全国通用版2022版高考化学一轮复习第3章金属及其化合物3铁及其重要化合物课时作业含解析

铁及其重要化合物

(45分钟　100分)

一、选择题(本题包括9小题,每题6分,共54分)

1.《新修本草》是我国古代中药学著作之一,记载药物844种,其中有关于“青矾”的描述为“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃…烧之赤色…”据此推测,“青矾”的主要成分为              (　　)

A.CuSO4·5H2O

B.FeSO4·7H2O

C.KAl(SO4)2·12H2O

D.Fe2(SO4)3·9H2O

【解析】选B。“青矾”的描述为“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃…烧之赤色…”,青矾是绿色,经煅烧后,分解成粒度非常细而活性又很强的Fe2O3超细粉末为红色,A项CuSO4·5H2O,是蓝色晶体,B项FeSO4·7H2O,是绿色晶体,C项KAl(SO4)2·12H2O,是无色晶体,D项Fe2(SO4)3·9H2O,是黄色晶体,判断“青矾”的主要成分为FeSO4·7H2O,选B。

2.下列反应的离子方程式书写正确的是 (　　)

A.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+

B.在Fe(NO3)2溶液中滴加NaHSO4溶液: Fe2++N+4H+Fe3++NO↑+2H2O

C.向硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液:Fe2++2H2O2+4H+Fe3++4H2O

D.将铁粉加入稀硫酸中:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑

【解析】选A。B项中的电荷不守恒,正确的离子方程式为3Fe2+ +N+4H+

3Fe3++NO↑+2H2O;C项中电荷不守恒,错误;铁与稀硫酸反应生成二价亚铁离子,D错误。

【加固训练】

　　如图两圆相交部分A、B、C、D分别表示两物质间的反应。下列各对应反应的离子方程式书写不正确的是              (　　)

A.Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O

B.Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O

C.Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O

D.3Fe(OH)2+10H++N3Fe3++NO↑+8H2O

【解析】选B。Fe3O4与稀硝酸反应时,Fe2+会被氧化为Fe3+,正确的离子方程式为3Fe3O4+28H++N9Fe3++NO↑+14H2O,B错误。

3.高铁酸钾(K2FeO4)是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂。工业制备高铁酸钾的离子方程式为Fe(OH)3+ClO-+OH-Fe+Cl-+H2O(未配平),下列有关说法不正确的是              (　　)

A.由上述反应可知,Fe(OH)3的氧化性强于Fe

B.高铁酸钾中铁显+6价

C.上述反应氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶2

D.K2FeO4处理水时,不仅能消毒、杀菌,而且生成的Fe3+水解形成Fe(OH)3胶体能吸附水中的悬浮杂质

【解析】选A。Fe(OH)3作还原剂,Fe作氧化产物,Fe的氧化性大于氢氧化铁,A错误;高铁酸钾中铁显+6价,B正确;氧化剂是次氯酸根离子,还原剂是氢氧化铁,根据电子得失守恒,氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶2,C正确;胶体的表面积较大,具有较强的吸附能力,D正确。

4.以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如图所示,下列说法不正确的是              (　　)

A.酸溶过程使用的酸也可以是硝酸,且过量

B.为了防止污染,焙烧过程中产生的SO2要回收利用

C.通氯气的目的是氧化Fe2+

D.由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热

【解析】选A。若用过量硝酸酸溶,会引入N,A错误;SO2是一种污染气体,必须回收利用,B正确;通入Cl2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+,C正确;为了防止Fe3+水解,由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热,D正确。

【加固训练】

　　如图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是 (　　)

A.向B溶液中滴加KSCN溶液,溶液可能变为红色

B.溶液B转化为溶液C发生反应的离子方程式为4H++2Fe2++O22Fe3++2H2O

C.溶液酸性:A>B

D.加氧化亚铁可以使溶液C转化为溶液A

【解析】选A。溶液A转化为溶液B发生反应:2Fe3++2H2O+SO22Fe2++S+4H+,向溶液B中滴加KSCN溶液,未与SO2反应的Fe3+与SCN-反应,有红色出现,A正确;溶液B转化为溶液C发生反应:4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,B错误;根据反应方程式可知,溶液酸性:B>A,C错误;溶液C中含有Fe3+和H+,溶液C转化为溶液A,可加入三价铁的氧化物,D错误。

5.下列关于铁及其化合物的叙述正确的是 (　　)

A.2Fe3++Fe3Fe2+成立,说明氧化性:Fe3+>Fe2+

B.25 ℃,pH=0的溶液中,Al3+、N、N、Fe2+可以大量共存

C.5.6 g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2 mol

D.硫酸亚铁溶液中加入氯水:Fe2++Cl2Fe3++2Cl-

【解析】选A。2Fe3++Fe3Fe2+成立,则氧化性:Fe3+>Fe2+,A正确;pH=0的溶液呈强酸性,Fe2+、N、H+不能大量共存,B错误;C项应为0.3 mol,错误;D项电荷不守恒,错误。

6.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3,向其中逐渐加入铁粉,溶液中Fe2+的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为              (　　)

A.1∶1∶1    B.1∶3∶1

C.3∶3∶8    D.1∶1∶4

【解析】选D。依次发生的反应是Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,2Fe(NO3)3+

Fe3Fe(NO3)2,Cu(NO3)2+FeFe(NO3)2+Cu,稀硝酸消耗1 mol Fe同时生成1 mol Fe(NO3)3,Fe(NO3)3消耗1 mol Fe,则原溶液中有4 mol HNO3、1 mol Fe(NO3)3, Cu(NO3)2消耗1 mol Fe,则溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3物质的量浓度之比为1∶1∶4。

【加固训练】

　　在FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合溶液中,Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量之比为3∶2∶1,现加入适量铁粉,使溶液中三种离子的物质的量之比变为1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原溶液中Fe3+的物质的量之比为              (　　)

A.2∶1    B.1∶2

C.1∶3    D.1∶4

【解析】选C。加入适量的铁粉,使溶液中Fe3+、Cu2+和Fe2+物质的量之比变为1∶2∶4,说明Fe3+有剩余,Cu2+不反应,设原溶液中含有Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol,反应后Fe3+、Cu2+和Fe2+物质的量之比变为1∶2∶4,则反应后Fe3+、Cu2+、Fe2+的物质的量分别为1 mol、2 mol、4 mol,故反应的Fe3+为2 mol,参加反应的Fe为1 mol,参加反应的铁粉与原溶液中Fe3+的物质的量之比为1 mol∶3 mol=1∶3。

7.下列有关Fe2(SO4)3溶液的叙述正确的是 

 (　　)

A.该溶液中,K+、Fe2+、I-、Br-可以大量共存

B.用该溶液溶解一定量铜粉,向所得溶液中再加入铁粉,若溶液中有Cu2+,则一定没有固体析出

C.将该溶液蒸干,得到的固体中混有氢氧化铁

D.100 mL 0.1 mol·L-1该溶液和足量的Zn充分反应,生成1.12 g Fe

【解析】选D。Fe3+与I-不能大量共存,A错误;Fe2(SO4)3与Cu发生:Fe2(SO4)3+

Cu2FeSO4+CuSO4,此时若Fe2(SO4)3恰好完全反应,再向溶液中加入铁粉发生:Fe+CuSO4FeSO4+Cu,析出固体Cu,当Cu2+未反应完时,溶液中有Cu2+,也有Cu析出,B错误;Fe2(SO4)3溶液蒸干,得到的固体还是硫酸铁,C错误;100 mL

0.1 mol·L-1该溶液含有溶质0.01 mol,和足量的Zn充分反应,根据电子守恒及元素守恒可知反应生成0.02 mol Fe,其质量是1.12 g,D正确。

8.某溶液中可能存在Fe3+、Fe2+、I-、HC、Cl-、N六种离子中的几种。现进行下列实验:

①取少量溶液滴加KSCN溶液,溶液呈红色;

②另取少量原溶液滴加盐酸,溶液的棕黄色加深。

据此可以推断,该溶液中肯定不存在的离子是 

(　　)

A.I-、HC　　　　　 B.Fe2+、HC、N

C.I-、HC、Cl-   D.Fe3+、I-、HC

【解析】选A。由①可知溶液中一定含有Fe3+,有Fe3+一定无I-和HC;由②棕黄色加深可知溶液中Fe2+被氧化为Fe3+,所以一定含有N,可能含有Cl-。

9.(能力挑战题)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下:

则下列说法正确的是 (　　)

A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸

B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同

C.试剂c是氯气,相应的反应为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-

D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2+

【解析】选C。由最终要得到的氯化铁及流程图知b是盐酸,A错误;操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤,操作Ⅲ为蒸发结晶,所用仪器有差异,B错误;滤液Z和X中均含有氯化亚铁,因此c为氯气,C正确;高锰酸钾能氧化氯离子而褪色,因此不能用于检验是否含有亚铁离子,D错误。

二、非选择题(本题包括3小题,共46分)

10.(14分)铁及其化合物在日常生活中应用广泛。

(1)利用Fe2+、Fe3+的催化作用,常温下可将SO2转化为S,从而实现对SO2的治理。已知含SO2的废气通入含Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,则另一反应的离子方程式为____________。 

(2)氧化铁是重要的工业颜料,下面是制备氧化铁的一种方法,其流程如下:

①操作Ⅰ的名称是________;操作Ⅱ为洗涤,洗涤操作的具体方法为________

___________________。 

②滤液A中加入稍过量的NH4HCO3溶液,生成沉淀的同时有一种气体产生,写出其化学方程式:__________________________。 

(3)如果煅烧不充分,产品中将有FeO存在,称取3.0 g氧化铁产品,溶解,在

250 mL容量瓶中定容;量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中,用酸化的

0.010 00 mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,重复滴定2～3次,消耗酸性KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。

①该实验中的KMnO4溶液需要酸化,用于酸化的酸是________(填序号)。 

a.稀硝酸　b.稀盐酸　c.稀硫酸　d.浓硝酸

②上述产品中Fe2O3的质量分数为________。 

【解析】(1)根据离子方程式4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O和信息知,另一个反应必为Fe3+将SO2氧化为S,同时自身被还原为Fe2+,从而Fe2+、Fe3+实现循环,达到催化作用。

(2)①根据流程图可知,操作Ⅰ是过滤;洗涤的具体操作方法:沿玻璃棒往漏斗中加入适量蒸馏水,浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,重复2～3次。

②根据题给信息,化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。

(3)①由于高锰酸钾溶液具有强氧化性,盐酸在常温下即可被其氧化,又因Fe2+具有还原性,硝酸不论稀、浓均具有强氧化性,故需选用硫酸酸化。

②根据反应5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O,可知样品中FeO的质量为

0.02 L×0.010 00 mol·L-1×5×72 g·mol-1× =0.72 g,所以产品中

Fe2O3的质量分数为×100%=76%。

答案:(1)2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++S+4H+

(2)①过滤　沿玻璃棒往漏斗中加入适量蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,重复2～3次

②FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O

(3)①c　②76%

【加固训练】

　　硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)在医药上作补血剂。某课外小组的同学欲测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下:

请回答下列问题:

(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加________,该过程的现象为_____________________。

(2)步骤②加入过量H2O2的目的是____________________。

(3)步骤③反应的离子方程式是______________________。

(4)步骤④中一系列处理的操作步骤:过滤、________、灼烧、________、称量。 

(5)若实验中铁无损耗,则每片补血剂中含铁元素的质量为________g。 

【解析】(1)证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是取样,先滴加KSCN溶液,再滴加氯水或双氧水、稀硝酸等,若滤液由浅绿色变为红色,则说明滤液中含有Fe2+。

(2)由于H2O2具有氧化性,加入过量H2O2的目的是将Fe2+全部氧化为Fe3+。

(3)步骤③的目的是将Fe3+全部转化为Fe(OH)3,所以步骤③需加入过量的NaOH溶液(或氨水),反应的离子方程式是Fe3++3OH-Fe(OH)3↓。

(4)步骤④的目的是将产生的红褐色悬浊液分离,最终得到固体Fe2O3,所以步骤④的操作步骤是过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量。

(5)由于实验中铁无损耗,根据铁元素守恒得,每片补血剂中m(Fe)=÷10=0.07a g。

答案:(1)氯水(或双氧水、稀硝酸等合理氧化剂)　溶液由浅绿色变为红色

(2)将Fe2+全部氧化为Fe3+

(3)Fe3++3OH-Fe(OH)3↓

(4)洗涤　冷却　(5)0.07a

11.(14分)(2018·黄冈模拟)某化工厂欲以工业生产废料(金属铁、铝及其氧化物)为原料制取高效净水剂PAFC(聚合氯化铁铝),设计生产流程如下,请回答下列问题:

(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有________。 

A.容量瓶　　　　　 B.烧杯

C.烧瓶     D.胶头滴管

(2)下列关于PAFC的说法中正确的是________。 

A.PAFC是一种有机高分子化合物

B.PAFC中Fe显+2价

C.PAFC溶于水能电离出OH-,是一种碱

D.PAFC在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在

(3)步骤Ⅱ中取样分析的目的是________。 

A.测定溶液中Fe2+与Fe3+的含量比

B.测定原料是否完全溶解

C.测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量

D.测定溶液中Al3+的含量

(4)写出向溶液中加入NaClO3时,发生反应的离子方程式为______________。 

【解析】(1)用10 mol·L-1的浓盐酸配制2 mol·L-1的稀盐酸,所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外,还有容量瓶、烧杯和胶头滴管。

(2)PAFC不是有机高分子化合物,A错误;PAFC中Fe显+3价,B错误;PAFC溶于水能电离出OH-,但同时还有氯离子,不属于碱,C错误;PAFC能电离出Al3+、Fe3+和OH-,在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在,D正确。

(3)溶液中含有Fe2+需用NaClO3氧化,所以步骤Ⅱ取样分析的目的是测定溶液中Fe2+的含量,以确定加入NaClO3的量。

(4) Cl与Fe2+反应的离子方程式为6Fe2++6H++Cl6Fe3++Cl-+3H2O。

答案:(1)A、B、D　(2)D　(3)C

(4)6Fe2++6H++Cl6Fe3++Cl-+3H2O

12.(18分)(能力挑战题)某学生欲通过实验方法验证Fe2+的性质。

(1)该同学在实验前,依据Fe2+的________性,填写了下表。 

依照表中操作,该同学进行实验,观察到液面上方气体逐渐变为红棕色,但试管中溶液颜色却变为深棕色。为了进一步探究溶液变为深棕色的原因,该同学进行如下实验。

(2)向原新制FeSO4溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红,该现象的结论是______________________。 

(3)该同学通过查阅资料,认为溶液的深棕色可能是NO2或NO与溶液中Fe2+或Fe3+发生反应而得到的。为此他利用如图装置(气密性已检验,尾气处理装置略)进行探究。

Ⅰ.打开活塞a、关闭活塞b,甲装置中反应开始后,观察到丙中溶液逐渐变为深棕色,而丁中溶液无明显变化。

Ⅱ.打开活塞b、关闭活塞a,一段时间后再停止甲中反应。

Ⅲ.为与Ⅰ中实验进行对照,更换丙、丁后,使甲中反应继续,观察到的现象与步骤Ⅰ中相同。

①铜与足量浓硝酸反应的化学方程式是                     __; 

②装置乙的作用是__________________________________________; 

③步骤Ⅱ的目的是_____________________________________; 

④该实验可得出的结论是 _____________________________。 

【解析】(1)产生的红棕色气体为NO2,说明HNO3被还原,溶液变为黄色,说明Fe2+被氧化为Fe3+,Fe2+表现了还原性。

(2)Fe3+与SCN-作用显红色,是Fe3+的特征反应。

(3)整个装置中,先将NO2通入丙、丁,然后将NO2转化成NO,来检验NO的影响。由于步骤Ⅰ后,装置乙之后的导气管中会有NO2剩余,所以需要除去以排除剩余NO2对NO的干扰。由于NO2、NO通入FeSO4溶液中,都产生深棕色,在Fe2(SO4)3溶液中都不变色,说明NO2、NO对Fe2+有影响,而对Fe3+无影响,从而得到结论。

答案:(1)还原

(2)Fe2+被硝酸氧化为Fe3+

(3)①Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

②使NO2转化为NO

③排出乙右侧装置中残留的NO2

④溶液的深棕色是由NO或NO2与Fe2+作用得到的(或不是由NO或NO2与Fe3+作用得到的)